(57)【要約】【課題】パック電池が備える二次電池の電池電圧に係る信号が外部に通知されない場合であっても、二次電池の過電圧を防止することが可能なパック電池の充電方法、充電器及びパック電池を提供する。【解決手段】パック電池側では、セル電圧Ａ又はセル電圧Ｂが４．２４Ｖより高い状態が０．５秒間以上継続したとき（時刻ｔ１及びｔ２）に、二次電池を充電路から切断し、セル電圧Ａ及びセル電圧Ｂが４．２０Ｖ以下である状態が、０．２秒間以上継続したときに、二次電池を充電路に接続する。充電器側ではパック電池に供給している充電電流を検出し、２０ｍＡ以上の充電電流が検出されなくなった場合、パック電池に供給可能な充電電流の上限を決定付けている設定電流を０．７倍に低減する。【選択図】図２
2013081295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の電池電圧が所定時間以上継続して所定電圧より高い場合、前記二次電池を充電路から切断するパック電池を所定の設定電流で充電する方法において、
前記パック電池に対する充電電流の有無を検出し、
充電電流無を検出した場合、前記設定電流を低減すること
を特徴とするパック電池の充電方法。
【請求項２】
前記パック電池は、前記電池電圧が第２の時間以上継続して前記所定電圧より低い第２の電圧以下である場合、前記二次電池を前記充電路に接続するようにしてあり、
前記設定電流を低減したときに計時を開始し、
前記第２の時間より長い第３の時間を計時するまでに充電電流有を検出するか否かを判定し、
検出しない場合、充電を終了すること
を特徴とする請求項１に記載のパック電池の充電方法。
【請求項３】
低減した設定電流が所定電流より小さいか否かを判定し、
小さい場合、充電を終了すること
を特徴とする請求項１又は２に記載のパック電池の充電方法。
【請求項４】
二次電池の電池電圧が所定時間以上継続して所定電圧より高い場合、前記二次電池を充電路から切断するパック電池を所定の設定電流で充電する充電器において、
前記パック電池に対する充電電流の有無を検出する手段と、
該手段が充電電流無を検出した場合、前記設定電流を低減する低減手段と
を備えることを特徴とする充電器。
【請求項５】
前記パック電池は、前記電池電圧が第２の時間以上継続して前記所定電圧より低い第２の電圧以下である場合、前記二次電池を前記充電路に接続するようにしてあり、
前記設定電流を低減したときに計時を開始する手段と、
該手段が前記第２の時間より長い第３の時間を計時するまでに充電電流有を検出するか否かを判定する手段とを備え、
該手段が検出しないと判定した場合、充電を終了するようにしてあること
を特徴とする請求項４に記載の充電器。
【請求項６】
前記低減手段が低減した設定電流が所定電流より小さいか否かを判定する手段を備え、
該手段が小さいと判定した場合、充電を終了するようにしてあること
を特徴とする請求項４又は５に記載の充電器。
【請求項７】
二次電池の電池電圧が所定時間以上継続して所定電圧より高い場合、前記二次電池を充電路から切断するパック電池において、
前記電池電圧が第２の時間以上継続して前記所定電圧より低い第２の電圧以下である場合、前記二次電池を前記充電路に接続するようにしてあることを特徴とするパック電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池が所定の電圧状態にあることを検出して充電路から切断するパック電池を所定の設定電流で充電するパック電池の充電方法、この充電方法を実行する充電器、及び該充電器で充電されるパック電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、リチウムイオン電池に代表される二次電池の充電では、設定電流にて定電流充電し、端子電圧（以下、電池電圧という）が二次電池に許容される最大電圧より低く設定された設定電圧に達した後に定電圧充電に移行する、いわゆる定電流・定電圧充電方式が主に用いられる。電池電圧が最大電圧を超えた場合は、電池の寿命及び充放電容量を損ねることとなり、発火に至る虞もあるため、充電中は電池電圧が最大電圧を超えないように制御される。
【０００３】
ところで、単位セル（単電池又は素電池）を２個以上直列に接続した二次電池を充電する場合、セルバランスが崩れるとセル電圧が充電電圧の「１／単位セル数」の電圧を超えることが普通に起こり得る。例えば、２個の単位セルを直列に接続して８．４Ｖの充電電圧で充電中に、一方の単位セルのセル電圧が４．３Ｖ又はそれ以上に上昇することがある。一方、ＰＳＥ（Product＋Safety＋Electricalappliance & materials；電気用品安全法）のリチウムイオン電池に関する規程における第２ステップでは、各単位セルのセル電圧が４．２５Ｖ以上とならないように制御することが求められている。
【０００４】
これに対応可能な技術の１つとして、複数の単位セルを直列に接続した二次電池を備えるパック電池において、夫々の単位セルのセル電圧を検出しながら定電流・定電圧充電し、何れかのセル電圧が最大設定電圧を超えた場合に、パック電池に対する充電電力（例えば設定電流）を低減する方法が、特許文献１に開示されている。この方法によれば、例えば最も電圧が低い単位セルのセル電圧が４．２Ｖ以上になったことを最大電圧検出回路で検出して、充電器に最大電圧信号を通知する（特許文献１の段落［００６１］〜［００６３］及び図１１参照）。最大電圧信号を通知された充電器は、設定電流を低減することによって実際の充電電流を低減し、パック電池における各単位セルのセル電圧を低下させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−４４９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された技術によって、ＰＳＥの第２ステップに対応する場合は、パック電池の最大電圧検出回路で検出した最大電圧信号を充電器に通知するための回路及び信号線が必要となり、パック電池及び充電器でのコストアップにつながるという問題がある。この問題は、充電器の構成によっては、パック電池が備える単位セルが１個の場合にも起こり得る。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、パック電池が備える二次電池の電池電圧に係る信号が外部に通知されない場合であっても、二次電池の過電圧を防止することが可能なパック電池の充電方法、充電器及びパック電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るパック電池の充電方法は、二次電池の電池電圧が所定時間以上継続して所定電圧より高い場合、前記二次電池を充電路から切断するパック電池を所定の設定電流で充電する方法において、前記パック電池に対する充電電流の有無を検出し、充電電流無を検出した場合、前記設定電流を低減することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るパック電池の充電方法は、前記パック電池は、前記電池電圧が第２の時間以上継続して前記所定電圧より低い第２の電圧以下である場合、前記二次電池を前記充電路に接続するようにしてあり、前記設定電流を低減したときに計時を開始し、前記第２の時間より長い第３の時間を計時するまでに充電電流有を検出するか否かを判定し、検出しない場合、充電を終了することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るパック電池の充電方法は、低減した設定電流が所定電流より小さいか否かを判定し、小さい場合、充電を終了することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る充電器は、二次電池の電池電圧が所定時間以上継続して所定電圧より高い場合、前記二次電池を充電路から切断するパック電池を所定の設定電流で充電する充電器において、前記パック電池に対する充電電流の有無を検出する手段と、該手段が充電電流無を検出した場合、前記設定電流を低減する低減手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る充電器は、前記パック電池は、前記電池電圧が第２の時間以上継続して前記所定電圧より低い第２の電圧以下である場合、前記二次電池を前記充電路に接続するようにしてあり、前記設定電流を低減したときに計時を開始する手段と、該手段が前記第２の時間より長い第３の時間を計時するまでに充電電流有を検出するか否かを判定する手段とを備え、該手段が検出しないと判定した場合、充電を終了するようにしてあることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る充電器は、前記低減手段が低減した設定電流が所定電流より小さいか否かを判定する手段を備え、該手段が小さいと判定した場合、充電を終了するようにしてあることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るパック電池は、二次電池の電池電圧が所定時間以上継続して所定電圧より高い場合、前記二次電池を充電路から切断するパック電池において、前記電池電圧が第２の時間以上継続して前記所定電圧より低い第２の電圧以下である場合、前記二次電池を前記充電路に接続するようにしてあることを特徴とする。
【００１５】
本発明にあっては、二次電池の電池電圧が所定電圧より高い状態が所定時間以上継続したときに二次電池が充電路から切断されるようにパック電池が構成されており、パック電池に供給している充電電流を充電器側で検出し、充電電流が検出されなくなった場合、パック電池に供給可能な充電電流の上限を決定付けている設定電流を低減する。
これにより、パック電池に流入する充電電流が低減されるため、二次電池の内部抵抗に生じる電圧降下が減少して、該電圧降下が含まれた電池電圧が低下する。
【００１６】
本発明にあっては、二次電池の電池電圧が前記所定電圧より低い第２の電圧以下である状態が、第２の時間以上継続したときに、二次電池が充電路に接続されるようにパック電池が構成されており、充電器側で充電電流が検出されなくなって設定電流を低減した時から、第２の時間より長い第３の時間が経過するまでの間に、充電電流が検出されない場合は、充電を終了する。
これにより、充電電流の低減による電池電圧の低下量が小さくなって、二次電池が充電路に再接続されなくなったことが充電器側で検出されて、パック電池に対する充電が停止される。
【００１７】
本発明にあっては、パック電池に供給している充電電流が検出されなくなったときに低減した設定電流が所定電流より小さい場合に、充電を終了する。
これにより、充電末期とみなされるほど設定電流の低減が進んだことから、二次電池が満充電状態にあるものとして、パック電池に対する充電が停止される。
【００１８】
本発明にあっては、二次電池の電池電圧が所定電圧より高い状態が所定時間以上継続したときに二次電池を充電路から切断し、二次電池の電池電圧が前記所定電圧より低い第２の電圧以下である状態が、第２の時間以上継続したときに二次電池を充電路に接続する。
これにより、二次電池の電池電圧が許容される最大電圧に近づいたときに、パック電池にて二次電池に対する充電が強制的に中断され、充電を中断したことによって二次電池の内部抵抗に生じる電圧降下が減少して電池電圧が低下したときに、パック電池にて二次電池に対する充電再開の準備が整う。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、充電電流が検出されなくなった場合に、パック電池に供給可能な充電電流の上限を決定付けている設定電流を低減することによって、パック電池に流入する充電電流が低減されるため、二次電池の内部抵抗に生じる電圧降下が減少して電池電圧が低下する。
従って、パック電池が備える二次電池の電池電圧に係る信号が外部に通知されない場合であっても、二次電池の過電圧を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１に係るパック電池及び充電器の構成例を示すブロック図である。
【図２】単位セルのセル電圧、二次電池の電池電圧及び充電電流の時間変化を模式的に示す説明図である。
【図３】単位セルのセル電圧が上限電圧より高くなった場合に、充電を一時的に停止させる比較回路の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】パック電池への充電電流が検出されなくなった場合に、設定電流を低減するＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２に係るパック電池及び充電器の構成例を示すブロック図である。
【図６】単位セルのセル電圧が上限電圧より高くなった場合に、充電を一時的に停止させるＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るパック電池及び充電器の構成例を示すブロック図である。図中１００はパック電池であり、パック電池１００は、例えばリチウムイオン電池からなる単位セル（単電池）１１，１２を直列に接続してなる二次電池１を備える。単位セルの数は１つ、又は３つ以上であってもよい。
【００２２】
二次電池１の正極端子（単位セル１１の正極）は、放電用のＭＯＳＦＥＴ３１のソース電極及びドレイン電極と、充電用のＭＯＳＦＥＴ３２のドレイン電極及びソース電極とを直列に介して、図示しないケースの外部に露出したプラス（＋）端子１８に接続されている。二次電池１の負極端子（単位セル１２の負極）は、ケースの外部に露出したマイナス（−）端子１９に接続されている。
尚、充電路は、プラス端子１８からＭＯＳＦＥＴ３２，３１を介して二次電池１の正極端子に至る回路と、二次電池１の負極端子からマイナス端子１９に至る回路とで構成される。
【００２３】
パック電池１００は、また、二次電池１を保護する保護ＩＣ２を備える。保護ＩＣ２は、各一端が単位セル１１の正極及び負極に各別に接続されたスイッチ２１，２２と、各一端が単位セル１２の正極及び負極に各別に接続されたスイッチ２３，２４とを有する。スイッチ２１，２２夫々の他端は、抵抗器２５を介して差動増幅器２０の非反転入力端子と抵抗器２６の一端とに接続されている。抵抗器２６の他端は、単位セル１２の負極及びスイッチ２４の一端に接続されている。スイッチ２３，２４夫々の他端は、抵抗器２７を介して差動増幅器２０の反転入力端子と抵抗器２８の一端とに接続されている。抵抗器２８の他端は、差動増幅器２０の出力端子に接続されている。
【００２４】
差動増幅器２０の出力端子は、該差動増幅器２０が増幅した単位セル１１又は１２のセル電圧と、所定の上限電圧、下限電圧及びその他の基準電圧とを比較する比較回路２９の入力端子に接続されている。本実施の形態１にあっては、上限電圧が４．２４Ｖ（±０．０１Ｖ）であり、下限電圧が例えば２．７５Ｖである。比較回路２９は、ＭＯＳＦＥＴ３１，３２のゲート電極に各別に接続された２つの出力端子を有する。標準的な使用状態にあっては、比較回路２９の２つの出力端子から夫々のゲート電極に与えられるＬ（ロウ）レベルのオン信号によって、ＭＯＳＦＥＴ３１，３２がオンしている。
【００２５】
スイッチ２１，２２及びスイッチ２３，２４は、各別に連動してオン・オフが切り替わるように、且つ、互いに同時にオンしないように比較回路２９から制御されている。例えば抵抗器２５，２７夫々の一端と、単位セル１１の両端とを接続する場合、スイッチ２１，２２が同時にオンし、スイッチ２３，２４がオフするように制御される。同様に抵抗器２５，２７夫々の一端と、単位セル１２の両端とを接続する場合、スイッチ２３，２４が同時にオンし、スイッチ２１，２２がオフするように制御される。
【００２６】
差動増幅器２０及び抵抗器２５，２６，２７，２８は、抵抗器２５，２７の一端に与えられる電圧の差分を一定の増幅率で増幅する増幅回路を構成する。本実施の形態１では、抵抗器２５，２７の抵抗値が等しく、且つ、抵抗器２６，２８の抵抗値が等しくなるようにしてあり、増幅率は抵抗器２８の抵抗値を抵抗器２７の抵抗値で除算した値となる。ここでは、上記増幅率が１であるものとする。従って、単位セル１１又は１２のセル電圧がそのままの大きさで、差動増幅器２０の出力端子から比較回路２９の入力端子に与えられる。上記増幅率を１とは異なる値にする場合は、セル電圧と比較されるべき上限電圧、下限電圧及びその他の基準電圧の大きさを増幅率に合わせて増減すればよい。
【００２７】
比較回路２９は、差動増幅器２０から与えられる単位セル１１又は１２のセル電圧と、上述した上限電圧、下限電圧及びその他の基準電圧とを各別に比較する。これらの基準電圧と電圧を比較すべき単位セル１１，１２の選択は、スイッチ２１，２２及びスイッチ２３，２４を数ｍｓ周期で交互に切り替えることによって行われる。セル電圧と各基準電圧との比較は、比較結果が一定時間以上継続するか否かが加味されて行われる。例えば、セル電圧と上限電圧との比較では、セル電圧が４．２４Ｖより高くなる状態が０．５〜１秒（ｓ）以上継続したときに、セル電圧が上限電圧より高いと判定される。また、単位セル１１又は１２のセル電圧が４．２０Ｖ（±０．０１Ｖ）より低くなる状態が１５０〜２５０ｍｓ以上継続したときに、セル電圧が上限電圧より高い状態から復帰したと判定される。
【００２８】
比較回路２９は、更に、上述の比較判定結果に応じてＭＯＳＦＥＴ３１，３２をオフさせる。具体的には、単位セル１１又は１２のセル電圧が上限電圧より高くなった場合、比較回路２９は、充電用のＭＯＳＦＥＴ３２のゲート電極にＨ（ハイ）レベルのオフ信号を与えることにより、ＭＯＳＦＥＴ３２をオフさせる。更に、単位セル１１又は１２のセル電圧が上限電圧より高い状態から復帰した場合、比較回路２９は、充電用のＭＯＳＦＥＴ３２のゲート電極にＬレベルのオン信号を与えることにより、ＭＯＳＦＥＴ３２をオンさせる。また、単位セル１１又は１２のセル電圧が下限電圧より低くなった場合、比較回路２９は、放電用のＭＯＳＦＥＴ３１のゲート電極にＨレベルのオフ信号を与えることにより、ＭＯＳＦＥＴ３１をオフさせる。
【００２９】
尚、本実施の形態１では、保護ＩＣ２が有する１つの差動増幅器２０の入力端子側をスイッチ２１，２２，２３，２４で切り替えることにより、単位セル１１，１２のセル電圧を交互に増幅したが、これに限定されるものではない。例えば、単位セル１１，１２夫々のセル電圧を２つの差動増幅器２０，２０で各別に増幅し、切り替えスイッチによって各差動増幅器２０の出力端子を比較回路２９の入力端子に交互に接続するようにしてもよい。
【００３０】
次に、充電器について説明する。図１において２００は充電器であり、充電器２００は、商用電源３００から供給される交流電圧を整流及び安定化して充電電圧及び直流の電源電圧（図示せず）を生成する電源部４を備える。充電電圧を出力する電源部４のプラス側の出力端子は、ＭＯＳＦＥＴ５のソース電極及びドレイン電極を介して、図示しないケースの外部に露出したプラス（＋）端子４８に接続されている。電源部４のマイナス側の出力端子は、充電電流を検出するための検出抵抗６を介して、ケースの外部に露出したマイナス（−）端子４９に接続されている。プラス端子４８及びマイナス端子４９は、パック電池１００が装着されたときに、該パック電池１００のプラス端子１８及びマイナス端子１９と各別に接続される。
【００３１】
充電器２００は、また、マイクロコンピュータからなる制御部７を備える。制御部７はＣＰＵ７１を有し、ＣＰＵ７１は、プログラム等の情報を記憶するＲＯＭ７２、一時的に発生した情報を記憶するＲＡＭ７３、及び各種時間を並列的に計時するタイマ７４と互いにバス接続されている。ＣＰＵ７１には、また、充電電圧及び充電電流を制御する制御信号を電源部４に与えるＩ／Ｏポート７５と、ＭＯＳＦＥＴ５のゲート電極にオン信号及びオフ信号を与えるＩ／Ｏポート７６と、アナログの電圧をデジタルの電圧値に変換するＡ／Ｄ変換器７７とがバス接続されている。
【００３２】
ＲＯＭ７２は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM ）又はフラッシュメモリからなる不揮発性メモリである。ＲＯＭ７２には、プログラムの他に、充電電流に係る設定値及び判定値、設定電流の低減率等の各種固定データが記憶される。
ＣＰＵ７１は、ＲＯＭ７２に予め格納されている制御プログラムに従って、本発明に係る充電器２００としての機能を実現するための処理を実行する。
【００３３】
電源部４は、Ｉ／Ｏポート７５を介して与えられる制御信号によって、二次電池１に印加する充電電圧を設定する。本実施の形態１では、単位セル１１，１２夫々についての充電電圧が４．２０Ｖであるため、二次電池１全体に印加する充電電圧を８．４０Ｖに固定している。電源部４は、また、Ｉ／Ｏポート７５を介して与えられる制御信号によって、充電電流の上限値を決定付ける設定電流が設定される。ＣＰＵ７１がＩ／Ｏポート７５を介して電源部４に設定する設定電流は、上記制御信号によって任意の大きさの電流に低減される。
【００３４】
ＭＯＳＦＥＴ５は、Ｉ／Ｏポート７６からＬレベルのオン信号が与えられることによって充電の開始時にオンされ、Ｉ／Ｏポート７６からＨレベルのオフ信号が与えられることによって充電の終了時にオフされる。
【００３５】
Ａ／Ｄ変換器７７は、検出抵抗６の両端に生じるアナログの電圧をサンプリングしてＡ／Ｄ変換することにより、デジタルの電圧値に変換する。変換されたデジタルの電圧値が、ＣＰＵ７１に取り込まれて充電電流に換算されることにより、充電電流が検出される。ここでは、Ａ／Ｄ変換器７７の変換値には変換誤差がある点と、充電器２００からパック電池１００に対して見かけ上の充電電流が流入する点とを考慮して、パック電池１００に流入する２０ｍＡ以上の電流を充電電流として検出する。Ａ／Ｄ変換器７７は、また、プラス端子４８及びマイナス端子４９間に外部から印加される電圧を変換する。変換された電圧がＣＰＵ７１に取り込まれ、ＣＰＵ７１によって所定の電圧以上であると判定されたときに、パック電池１００の装着が検出される。
【００３６】
以上のように構成された充電器２００のＣＰＵ７１は、パック電池１００の装着を検出した場合、パック電池１００の充電を開始する。充電の開始に際し、ＣＰＵ７１は、電源部４に所定の設定電流を設定した後、ＭＯＳＦＥＴ５をオンさせる。充電中に充電電流が充電停止電流以下となる状態が所定時間以上継続した場合、充電電流が十分に絞り込まれたものとみなされるため、ＣＰＵ７１は、ＭＯＳＦＥＴ５をオフさせて充電を終了する。一方、充電中に充電電流が検出されなくなった場合、ＣＰＵ７１は、電源部４に設定する設定電流を所定の割合で低減し、低減した設定電流が所定の電流以下となった場合に充電を終了する。また、設定電流を低減した後、所定時間内に充電電流を検出しない場合、パック電池１００側でセル電圧が上限電圧より高い状態から復帰しないものとみなされるため、ＣＰＵ７１は、ＭＯＳＦＥＴ５をオフさせて充電を終了する。
【００３７】
次に、パック電池１００の充電が充電器２００によって制御される様子を、図を用いて説明する。
図２は、単位セル１１，１２のセル電圧、二次電池１の電池電圧及び充電電流の時間変化を模式的に示す説明図である。図２の縦軸はセル電圧、電池電圧及び充電電流の大きさを表し、横軸は時間を表す。また、セル電圧、電池電圧及び充電電流の夫々を、細い実線、太い実線及び一点鎖線で示す。特に単位セル１１，１２のセル電圧を、セル電圧Ａ，セル電圧Ｂと表示する。セル電圧Ａ及びセル電圧Ｂを加算した電圧が電池電圧となる。
【００３８】
時刻ｔ０で所定の設定電流による定電流充電を開始した場合、時間の経過と共に、セル電圧Ａ、セル電圧Ｂ及び電池電圧が上に凸の曲線を描いて上昇する。セル電圧Ａ及びセル電圧Ｂが不均等に上昇したことによって時刻ｔ１でセル電圧Ａが４．２４Ｖの上限電圧まで上昇した場合、パック電池１００の比較回路２９におけるセル電圧及び上限電圧の比較判定結果より、ＭＯＳＦＥＴ３２のゲート電極にオフ信号が与えられ、ＭＯＳＦＥＴ３２がオフして充電が停止される。その結果、単位セル１１，１２の内部抵抗に生じていた電圧がゼロとなり、セル電圧Ａ及びセル電圧Ｂがごく短時間のうちに低下する。そして、セル電圧Ａが４．２０Ｖより低くなる状態が１５０〜２５０ｍｓ以上継続したときに、比較回路２９からＭＯＳＦＥＴ３２のゲート電極にオン信号が与えられ、ＭＯＳＦＥＴ３２がオンして充電再開の準備が整う。
【００３９】
一方、充電器２００では、時刻ｔ１で充電電流が検出されなくなることから、ＣＰＵ７１が、設定電流を低減する。その後、上述したようにパック電池１００側で充電再開の準備が整ったときに充電が再開されて充電電流が流れ始め、電池電圧の上昇に応じて充電電流が設定電流よりも減少し続ける。同様に時刻ｔ２でセル電圧Ａが４．２４Ｖの上限電圧まで上昇してパック電池１００側でＭＯＳＦＥＴ３２がオフされ、充電が停止した場合、充電器２００のＣＰＵ７１が設定電流を更に低減し、パック電池１００側でＭＯＳＦＥＴ３２がオンされたときに充電が再開されて充電電流が流れ始める。
【００４０】
上述したように、セル電圧Ａ又はセル電圧Ｂが上限電圧より高くなったときにパック電池１００で一旦充電が停止され、これを検出した充電器２００が設定電流を低減し、その後パック電池１００に対する充電が再開される。このようなパック電池１００及び充電器２００が協調して行う動作が繰り返されることにより、二次電池１を構成する単位セル１１，１２のセル電圧が４．２５Ｖ以上とならないようにして充電が継続される。
【００４１】
以下では、上述したパック電池１００及び充電器２００の動作を、それを示すフローチャートを用いて説明する。
図３は、単位セル１１，１２のセル電圧が上限電圧より高くなった場合に、充電を一時的に停止させる比較回路２９の処理手順を示すフローチャートであり、図４は、パック電池１００への充電電流が検出されなくなった場合に、設定電流を低減するＣＰＵ７１の処理手順を示すフローチャートである。
【００４２】
図３に示す処理は、比較回路２９により、スイッチ２１，２２，２３，２４の切り換え周期と同期させてハードウエア的に実行される。比較回路２９は、パック電池１００に組み込まれて電源が供給されたときから、図３の処理を実行し続ける。
一方、図４に示す処理は、ＲＯＭ７２に予め格納された制御プログラムに従って実行される。この処理は、例えば２５０ｍｓ周期で起動されるが、これに限定されるものではない。
【００４３】
先ず図３の処理について説明する。
比較回路２９は、差動増幅器２０から交互に与えられる単位セル１１，１２のセル電圧のうち、何れかのセル電圧が４．２４Ｖ以上となる状態が、例えば０．５秒間以上継続するか否かを判定し（Ｓ１１）、判定条件が成立しない場合（Ｓ１１：ＮＯ）、何れかのセル電圧が放電終止電圧としての２．７５Ｖ以下となる状態が、例えば１秒間以上継続するか否かを判定する（Ｓ１２）。この判定条件も成立しない場合（Ｓ１２：ＮＯ）、比較回路２９は、ステップＳ１１に処理を移す。
【００４４】
何れかのセル電圧が２．７５Ｖ以下となる状態が１秒間以上継続した場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、比較回路２９は、ＭＯＳＦＥＴ３１のゲート電極にＨレベルのオフ信号を与えてＭＯＳＦＥＴ３１をオフさせる（Ｓ１３）。これにより、二次電池１の放電が強制的に停止される。その後、比較回路２９は、単位セル１１，１２の両方のセル電圧が３．６Ｖ以上となる状態が、例えば０．５秒間以上継続するか否かを判定し（Ｓ１４）、条件が成立するまで待機する（Ｓ１４：ＮＯ）。両方のセル電圧が３．６Ｖ以上となる状態が０．５秒間以上継続した場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、比較回路２９は、ＭＯＳＦＥＴ３１のゲート電極にＬレベルのオン信号を与えてＭＯＳＦＥＴ３１をオンさせて（Ｓ１５）、ステップＳ１１に処理を移す。これにより、二次電池１の放電が再開される。
【００４５】
ステップＳ１１で何れかのセル電圧が４．２４Ｖ以上となる状態が０．５秒間以上継続した場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、比較回路２９は、ＭＯＳＦＥＴ３２のゲート電極にＨレベルのオフ信号を与えてＭＯＳＦＥＴ３２をオフさせる（Ｓ１６）。これにより、二次電池１の充電が強制的に停止される。その後、比較回路２９は、単位セル１１，１２の両方のセル電圧が４．２０Ｖ以下となる状態が、例えば０．２秒間以上継続するか否かを判定し（Ｓ１７）、条件が成立するまで待機する（Ｓ１７：ＮＯ）。両方のセル電圧が４．２０Ｖ以下となる状態が０．２秒間以上継続した場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）、比較回路２９は、ＭＯＳＦＥＴ３２のゲート電極にＬレベルのオン信号を与えてＭＯＳＦＥＴ３２をオンさせて（Ｓ１８）、ステップＳ１１に処理を移す。これにより、二次電池１の充電再開の準備が整う。
【００４６】
次に図４の処理について説明する。
図４の処理が起動された場合、ＣＰＵ７１は、Ｉ／Ｏポート７５を介して電源部４に所定の設定電流を設定した（Ｓ２１）後、Ｉ／Ｏポート７６を介してＭＯＳＦＥＴ５のゲート電極にオン信号を与えてＭＯＳＦＥＴ５をオンさせる（Ｓ２２）。これにより、パック電池１００に対する充電が開始される。その後、ＣＰＵ７１は、検出抵抗６に流れる充電電流をＡ／Ｄ変換器７７を介して検出し、検出した充電電流が、例えば２０ｍＡ以上であるか否かを判定する（Ｓ２３）。
【００４７】
充電電流が２０ｍＡ以上である場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、即ち実質的にも充電中であると判定される場合、ＣＰＵ７１は、タイマ７４に計時を開始させた（Ｓ２４）後、充電末期であるか否かを確認するために、新たに検出した充電電流が、例えば５０ｍＡ以下であるか否かを判定する（Ｓ２５）。５０ｍＡ以下ではない場合（Ｓ２５：ＮＯ）、ＣＰＵ７１は、再び充電中であるか否かを判定するために、ステップＳ２３に処理を移す。
【００４８】
新たに検出した充電電流が５０ｍＡ以下である場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ７１は、満充電であるか否かを確認するために、先に計時を開始したタイマ７４が、例えば２０秒を計時したか否かを判定し（Ｓ２６）、まだ２０秒を計時していない場合（Ｓ２６：ＮＯ）、判定処理を繰り返すためにステップＳ２５に処理を移す。タイマ７４が２０秒を計時した場合（Ｓ２６：ＹＥＳ）、即ち満充電であることが確認された場合、ＣＰＵ７１は、Ｉ／Ｏポート７６を介してＭＯＳＦＥＴ５のゲート電極にオフ信号を与えることにより、ＭＯＳＦＥＴ５をオフさせて（Ｓ２７）、図４の処理を終了する。これにより、パック電池１００に対する充電を終了させる。
【００４９】
ステップＳ２３で充電電流が２０ｍＡ以上でない場合（Ｓ２３：ＮＯ）、即ち、パック電池１００で充電が停止されたために充電電流が検出されないと判定される場合、ＣＰＵ７１は、設定電流を更に低減できるか否かを確認するために、設定電流が例えば１００ｍＡ以上であるか否かを判定する（Ｓ２８）。１００ｍＡ以上ではない場合（Ｓ２８：ＮＯ）、設定電圧が絞り込まれて満充電とみなされることから、ＣＰＵ７１は、ＭＯＳＦＥＴ５をオフさせて充電を終了するために、ステップＳ２７に処理を移す。
【００５０】
設定電流が１００ｍＡ以上である場合（Ｓ２８：ＹＥＳ）、ＣＰＵ７１は、設定電流に例えば０．７を掛けた値を新たな設定電流とし（Ｓ２９）、更に、タイマ７４に計時を開始させた（Ｓ３０）後、パック電池１００に充電電流が流入しているか否かを確認するために、新たに検出した充電電流が２０ｍＡ以上であるか否かを判定する（Ｓ３１）。設定電流を低減する割合は０．７に限定されず、例えば、一定の電流値だけ低減するようにしてもよいし、低減率を適宜変更するようにしてもよい。充電電流が２０ｍＡ以上である場合（Ｓ３１：ＹＥＳ）、充電を継続するために、ＣＰＵ７１は、ステップＳ２３に処理を移す。
【００５１】
充電電流が２０ｍＡ以上ではない場合（Ｓ３１：ＮＯ）、即ち、パック電池１００で充電が停止され続けているために充電電流が検出されないと判定される場合、ＣＰＵ７１は、先に計時を開始したタイマ７４が、例えば１秒を計時したか否かを判定し（Ｓ３２）、まだ１秒を計時していない場合（Ｓ３２：ＮＯ）、判定処理を繰り返すためにステップＳ３１に処理を移す。タイマ７４が１秒を計時した場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、即ち、パック電池１００で規定の時間内に充電再開の準備が整わなかった場合、ＣＰＵ７１は、ＭＯＳＦＥＴ５をオフさせて充電を終了するために、ステップＳ２７に処理を移す。
【００５２】
以上のように本実施の形態１によれば、セル電圧が４．２４Ｖより高い状態が０．５秒間以上継続したときに二次電池が充電路から切断されるようにパック電池が構成されており、パック電池に供給している充電電流を充電器側で検出し、２０ｍＡ以上の充電電流が検出されなくなった場合、パック電池に供給可能な充電電流の上限を決定付けている設定電流を０．７倍に低減する。
これにより、パック電池に流入する充電電流が低減されるため、単位セルの内部抵抗に生じる電圧降下が減少して、該電圧降下が含まれたセル電圧が低下する。
従って、パック電池が備える二次電池の電池電圧に係る信号が外部に通知されない場合であっても、二次電池を構成する単位セルの過電圧を防止することが可能となる。
【００５３】
また、単位セルのセル電圧が４．２４Ｖの上限電圧より低い４．２０Ｖ以下である状態が、０．２秒間以上継続したときに、二次電池が充電路に接続されるようにパック電池が構成されており、充電器側で２０ｍＡ以上の充電電流が検出されなくなって設定電流を０．７倍に低減した時から、上記０．２秒より長い１秒間が経過するまでの間に、２０ｍＡ以上の充電電流が検出されない場合は、充電を終了する。
従って、充電電流の低減によるセル電圧の低下量が小さくなって、二次電池が充電路に再接続されなくなったことを充電器側で検出して、パック電池に対する充電を停止することが可能となる。
【００５４】
更に、パック電池に供給している充電電流が検出されなくなったときに低減した設定電流が１００ｍＡより小さい場合に、充電を終了する。
従って、充電末期とみなされるほど設定電流の低減が進んだことから、二次電池が満充電状態にあるものとして、パック電池に対する充電を停止することが可能となる。
【００５５】
更にまた、単位セルのセル電圧が４．２４Ｖより高い状態が０．５秒間以上継続したときに二次電池を充電路から切断し、セル電圧が前記４．２４Ｖより低い４．２０Ｖ以下である状態が、０．２秒間以上継続したときに二次電池を充電路に再接続する。
従って、単位セルのセル電圧がＰＳＥの第２ステップで許容される最大電圧（４．２５Ｖ）に近づいたときに、パック電池にて二次電池に対する充電を強制的に中断し、充電を中断したことによって単位セルの内部抵抗に生じる電圧降下が減少してセル電圧が低下したときに、パック電池にて二次電池に対する充電再開の準備を整わせることが可能となる。
【００５６】
（実施の形態２）
実施の形態１のパック電池１００が、保護ＩＣ２を備えており、差動増幅器で増幅した各セル電圧を比較回路２９で基準電圧と比較する形態であるのに対し、実施の形態２のパック電池は、マイクロコンピュータを備えており、デジタルの電圧値に変換されたセル電圧を、ＣＰＵが基準電圧値と比較する形態である。
【００５７】
図５は、本発明の実施の形態２に係るパック電池及び充電器の構成例を示すブロック図である。図中１０１はパック電池であり、パック電池１０１は、単位セル１１，１２を直列に接続してなる二次電池１と、マイクロコンピュータからなる保護回路８とを備える。二次電池１の正極端子は、放電用のＭＯＳＦＥＴ３１のソース電極及びドレイン電極と、充電用のＭＯＳＦＥＴ３２のドレイン電極及びソース電極とを直列に介して、プラス端子１８に接続されている。二次電池１の負極端子は、マイナス端子１９に接続されている。
【００５８】
保護回路８は、ＣＰＵ８１を有し、ＣＰＵ８１は、プログラム等の情報を記憶するＲＯＭ８２、一時的に発生した情報を記憶するＲＡＭ８３、及び各種時間を並列的に計時するタイマ８４と互いにバス接続されている。ＣＰＵ８１には、また、ＭＯＳＦＥＴ３１，３２夫々のゲート電極にオン信号及びオフ信号を与えるＩ／Ｏポート８５と、アナログの電圧をデジタルの電圧値に変換するＡ／Ｄ変換器８６とがバス接続されている。
【００５９】
Ａ／Ｄ変換器８６は、単位セル１１，１２夫々のセル電圧をサンプリングしてＡ／Ｄ変換することにより、デジタルの電圧値に変換する。変換されたデジタルの電圧値は、ＣＰＵ８１に取り込まれてセル電圧として検出される。ＣＰＵ８１は、検出した夫々のセル電圧と、上述した上限電圧、下限電圧及びその他の基準電圧とを各別に比較し、比較結果に基づき、Ｉ／Ｏポート８５を介してＭＯＳＦＥＴ３１，３２のゲート電極にオン信号及びオフ信号を与えることにより、ＭＯＳＦＥＴ３１，３２をオン・オフさせる。
【００６０】
以下では、上述したパック電池１０１の動作を、それを示すフローチャートを用いて説明する。
図６は、単位セル１１，１２のセル電圧が上限電圧より高くなった場合に、充電を一時的に停止させるＣＰＵ８１の処理手順を示すフローチャートである。単位セル１１，１２のセル電圧が下限電圧より低くなった場合については、図６とは別の手順（図示せず）にてＣＰＵ８１が処理する。図６に示す処理は、ＲＯＭ８２に予め格納された制御プログラムに従って実行される。この処理は２５ｍｓ周期で起動されるが、これに限定されるものではない。また、処理中の「オフフラグ」は、ＭＯＳＦＥＴ３２をオフしていることを示すフラグであり、ＣＰＵ８１の初期化時にゼロクリアされる。
【００６１】
図６の処理が起動された場合、ＣＰＵ８１は、Ａ／Ｄ変換器８６を介して単位セル１１，１２のセル電圧を検出し（Ｓ４１）、検出したセル電圧のうちの何れかのセル電圧（具体的には高い方のセル電圧）が４．２４Ｖ以上であるか否かを判定する（Ｓ４２）。何れのセル電圧も４．２４Ｖ以上ではない場合（Ｓ４２：ＮＯ）、ＣＰＵ８１は、オフフラグが１にセットされているか否かを判定し（Ｓ４３）、１にセットされていない場合（Ｓ４３：ＮＯ）、処理回数カウンタとして用いるＣＮＴ１をゼロクリアして（Ｓ４４）図６の処理を終了する。これにより、ＣＮＴ１が事前に初期化される。
【００６２】
何れかのセル電圧が４．２４Ｖ以上である場合（Ｓ４２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ８１は、ＣＮＴ１を１だけインクリメントし（Ｓ４５）、ＣＮＴ１が例えば２０以上になったか否かを判定する（Ｓ４６）。ここでは、図６の処理が２５ｍｓ周期で実行されるため、ＣＮＴ１が２０以上になったか否かを判定することは、何れかのセル電圧が４．２４Ｖ以上となる状態が０．５秒間以上継続するか否かを判定することと等価である。
【００６３】
ＣＮＴ１が２０以上になっていない場合（Ｓ４６：ＮＯ）、ＣＰＵ８１は、図６の処理を一旦終了する。ＣＮＴ１が２０以上になった合（Ｓ４６：ＹＥＳ）、ＣＰＵ８１は、Ｉ／Ｏポート８５を介してＭＯＳＦＥＴ３２のゲート電極にオフ信号を与えることにより、充電用のＭＯＳＦＥＴ３２をオフさせ（Ｓ４７）、更にオフフラグに１をセットして（Ｓ４８）図６の処理を終了する。
【００６４】
ステップＳ４３でオフフラグが１にセットされている場合（Ｓ４３：ＹＥＳ）、即ち、充電用のＭＯＳＦＥＴ３２をオフしている場合、ＣＰＵ８１は、単位セル１１，１２の両方のセル電圧が４．２０Ｖ以下になったか否かを判定する（Ｓ５１）。少なくとも何れかのセル電圧が４．２０Ｖ以下になっていない場合（Ｓ５１：ＮＯ）、ＣＰＵ８１は、処理回数カウンタとして用いるＣＮＴ２をゼロクリアして（Ｓ５２）図６の処理を終了する。これにより、ＣＮＴ２が事前に初期化される。
【００６５】
両方のセル電圧が４．２０Ｖ以下になった場合（Ｓ５１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ８１は、ＣＮＴ２を１だけインクリメントし（Ｓ５３）、ＣＮＴ２が例えば８以上になったか否かを判定する（Ｓ５４）。ここでは、図６の処理が２５ｍｓ周期で実行されるため、ＣＮＴ１が８以上になったか否かを判定することは、両方のセル電圧が４．２０Ｖ以下となる状態が０．２秒間以上継続するか否かを判定することと等価である。
【００６６】
ＣＮＴ２が８以上になっていない場合（Ｓ５４：ＮＯ）、ＣＰＵ８１は、図６の処理を一旦終了する。ＣＮＴ２が８以上になった合（Ｓ５４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ８１は、Ｉ／Ｏポート８５を介してＭＯＳＦＥＴ３２のゲート電極にオン信号を与えることにより、充電用のＭＯＳＦＥＴ３２をオンさせ（Ｓ５５）、更にオフフラグをゼロクリアして（Ｓ５６）図６の処理を終了する。
【００６７】
その他、実施の形態１に対応する箇所には同様の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
尚、本実施の形態２の図６に示す処理手順では、継続時間の計時に代えて、処理回数カウンタ（ＣＮＴ１，ＣＮＴ２）の計数を行ったが、これには限定されず、例えば、実施の形態１の図４に示す処理手順のように、タイマ８４が一定時間以上を計時するか否かを判定するようにしてもよい。
【００６８】
以上のように本実施の形態２によれば、単位セルのセル電圧が最大電圧（４．２５Ｖ）に近づいたときに、二次電池に対する充電を強制的に中断し、充電を中断したことによって単位セルの内部抵抗に生じる電圧降下が減少してセル電圧が低下したときに、パック電池にて二次電池に対する充電再開の準備を整わせることが可能となる。
【００６９】
今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７０】
１  二次電池
１１、１２  単位セル
１００、１０１  パック電池
２００  充電器
６  検出抵抗（充電電流の有無を検出する手段の一部）
７１、８１  ＣＰＵ
７２、８２  ＲＯＭ
７３、８３  ＲＡＭ
７４  タイマ（計時を開始する手段の一部）
７５  Ｉ／Ｏポート（低減手段の一部）
【図１】
2013081295.tif 000003
【図２】
2013081295.tif 000004
【図３】
2013081295.tif 000005
【図４】
2013081295.tif 000006
【図５】
2013081295.tif 000007
【図６】
2013081295.tif 000008